專利名稱：離子交聯(lián)的多糖微球體的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有可離子交聯(lián)的聚合物的微球體的生產(chǎn)方法以及進(jìn)行該方法的系統(tǒng)。
本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“可離子交聯(lián)的聚合物”是指可溶性聚離子型聚合物，其與含有二價(jià)、多價(jià)(multivalent)或聚合型多價(jià)(polyvalent)離子的膠凝溶液接觸時(shí)，能夠即刻形成微溶性或不溶性凝膠，其中所述二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)離子具有與可離子交聯(lián)的聚合物相反的電荷。
可以在本申請(qǐng)中使用的聚離子型聚合物包括天然或合成來(lái)源的聚陰離子型和聚陽(yáng)離子型聚合物。
在第一個(gè)實(shí)施方案中，聚離子型聚合物是可以通過(guò)二價(jià)、多價(jià)或聚合型陽(yáng)離子交聯(lián)的天然或合成聚陰離子。天然聚陰離子是例如含有羧酸或硫酸基團(tuán)的多糖(例如藻酸，一些形式的角叉菜膠，結(jié)冷膠，果膠，硫酸纖維素和硫酸葡聚糖)。合成聚陰離子是例如聚(甲基)丙烯酸，聚苯乙烯磺酸鹽及其共聚物，或聚磷腈類的聚合物。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可交聯(lián)聚合物是可以通過(guò)多價(jià)或聚合型多價(jià)陰離子交聯(lián)的天然或合成聚陽(yáng)離子。天然聚陽(yáng)離子是例如氨基官能化的多糖，例如殼聚糖，氨基-葡聚糖，或多肽，例如魚精蛋白。合成聚陽(yáng)離子是例如聚(烯丙胺鹽酸鹽)，聚(乙烯亞胺)，聚(二烯丙基二甲基氯化銨)和聚酰胺-聚胺-表氯醇。
一組特別優(yōu)選的可離子交聯(lián)的聚陰離子型聚合物是陰離子型多糖，其是含有羧酸基團(tuán)的單糖的共聚物，這里稱作“陰離子型多糖”。陰離子型多糖在配方技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。很多陰離子型多糖的一個(gè)特別有用的特性是它們能夠易溶作為游離酸和/或一價(jià)陽(yáng)離子的鹽的形式，同時(shí)與二價(jià)陽(yáng)離子或聚合型多價(jià)陽(yáng)離子接觸時(shí)形成牢固的凝膠的能力。在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，將通過(guò)與二價(jià)或聚合型多價(jià)陽(yáng)離子反應(yīng)即刻形成凝膠的陰離子型多糖稱作“可離子交聯(lián)的陰離子型多糖”。
藻酸是一種天然存在的葡萄糖醛酸(G)及其C-5差向異構(gòu)體甘露糖醛酸(M)的無(wú)支鏈二元共聚物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，G-和M-單元以嵌段的方式結(jié)合在一起。藻酸的鹽通常稱作藻酸鹽。藻酸鹽可從褐色海藻中大量提取。聚合物中G和M的比例以及G和M嵌段在聚合物中的分布取決于藻酸鹽的來(lái)源(參見(jiàn)Carbohydrates in Europe 1996，14，6-31)。
在大多數(shù)應(yīng)用中，藻酸鹽凝膠形成是通過(guò)用鈣離子實(shí)現(xiàn)的。然而，藻酸鹽與大部分二價(jià)和多價(jià)陽(yáng)離子形成凝膠。一價(jià)陽(yáng)離子和Mg2+離子不引發(fā)膠凝，而諸如Ba2+和Sr2+的離子可產(chǎn)生比Ca2+更強(qiáng)的藻酸鹽凝膠。凝膠強(qiáng)度取決于葡萄糖醛酸的含量，和還取決于G-嵌段中G-單元的平均數(shù)。
交聯(lián)的藻酸鹽可用作例如流變控制添加劑，傷口敷料或用于固定諸如植物細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、酵母、細(xì)菌、疫苗或食物制品等材料。在大部分應(yīng)用中，藻酸鹽凝膠的形成通過(guò)使用鈣離子來(lái)實(shí)現(xiàn)。
已開發(fā)了將生物材料固定在藻酸鹽珠內(nèi)的很多不同的方法。一種形成藻酸鹽凝膠珠的常用方法是向膠凝離子(如氯化鈣)的溶液中逐滴添加藻酸鹽溶液。液滴的大小將決定球的尺寸。使用注射針來(lái)形成藻酸鹽液滴。然而，珠尺寸的減小受到注射針直徑和溶液粘度的限制。結(jié)果，難以產(chǎn)生直徑小于1mm的珠。為使珠尺寸減小，曾嘗試采用在針上的空氣射流碰撞(Miyawaki等，Agric.Biol.Chem.1980，44，2865)、靜電脈沖(EP 0 167 690 B1)或振動(dòng)針(Hulst等，J.Chem.Technol.Biotechnol.1985，35B，198)。
需要具有約10μm平均直徑的微球體，因?yàn)榭梢灾瞥珊写肆６任⑶蝮w的穩(wěn)定的不沉積的懸浮液，并且因?yàn)榫哂?0μm或更小直徑的微球體可以被細(xì)胞所吸收，從而使藥物在細(xì)胞內(nèi)得到更有效的釋放(D.T.O′Hagan，J.Anat.189，1996，477-482)。
藻酸鹽溶液的細(xì)滴可以通過(guò)使用噴霧頭來(lái)產(chǎn)生，例如，在US5,387,522和US 6,465,226中所公開的。通過(guò)上述方法可獲得直徑約200μm至約300μm的藻酸鹽顆粒。
藻酸鈣微球體還可以通過(guò)使用乳化方法來(lái)獲得。Poncelet等，Appl.Microbiol.Biotechnol 1995，43，644描述了通過(guò)分散在植物油內(nèi)的藻酸鹽溶膠的乳化/內(nèi)膠凝作用來(lái)產(chǎn)生藻酸鹽微球體。藻酸鹽溶膠內(nèi)的膠凝作用通過(guò)降低pH以從不溶性配合物中釋放鈣來(lái)引發(fā)。獲得了具有50-1000μm平均直徑的藻酸鹽微球體。
通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化乳化技術(shù)中各種操作和配制因素的影響，獲得了直徑約10μm的更細(xì)的藻酸鹽微球體(D.Lemoine，等，InternationalJournal of Pharmaceutics 1998，176，9)。
生產(chǎn)藻酸鹽微球體的乳化技術(shù)是使用油和/或有機(jī)溶劑。敏感的生物分子(蛋白質(zhì)，酶)可能與油和/或有機(jī)溶劑不相容。從藻酸鹽微球體中去除油和/或有機(jī)溶劑是一項(xiàng)冗長(zhǎng)且不完善的過(guò)程。
因此，需要一種由可交聯(lián)的陰離子型多糖制成的、具有約3-20μm尺寸的微球體的制備方法，該方法不使用任何油和/或有機(jī)溶劑。
意想不到地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)由水溶性陰離子型多糖的溶液產(chǎn)生細(xì)液體氣溶膠滴，使其進(jìn)入氣體物流，隨后將含有這些液滴的氣體物流引入含有凝膠形成用陽(yáng)離子的膠凝溶液中，可以完全不用油和/或有機(jī)溶劑來(lái)獲得具有約3-20μm直徑的交聯(lián)的陰離子型多糖的微球體。
因此，本發(fā)明一方面涉及一種制備含有離子交聯(lián)的聚合物的微球體的方法，該方法包括(a)通過(guò)采用超聲霧化器，由含有可離子交聯(lián)的聚離子型聚合物的溶液(3)產(chǎn)生液體氣溶膠滴(13)，使其進(jìn)入連續(xù)氣體物流中；(b)將氣體物流轉(zhuǎn)移至含有二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)離子的膠凝溶液(10)中，從而形成交聯(lián)的聚合物微球體(14)；(c)將微球體從膠凝溶液中分離，和(d)非必需地，將微球體通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾。
本發(fā)明另一方面涉及一種用于制備含有離子交聯(lián)的聚合物的微球體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)位于霧化室(2)內(nèi)的超聲發(fā)生器(1)，其中霧化室(2)中填充有含可離子交聯(lián)的聚合物的溶液(3)；
(b)與霧化室相連的散熱器盤管(4)；(c)非必需地，用于使霧化室(2)內(nèi)的氣體-流體水平(5)保持在預(yù)定恒定水平的裝置(6)；(d)與霧化室(2)相連的氣體入口(7)；(e)用于膠凝溶液(9)的容器，其裝配有攪拌裝置(11)；和(f)與霧化室相連的轉(zhuǎn)移管道(8)，其將霧化室和容器相連，其中管道適于浸沒(méi)在膠凝溶液(10)中。
攪拌裝置(11)選自已知的形成分散液或乳液的工具。優(yōu)選的攪拌裝置是超聲。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明用于生產(chǎn)微球體的系統(tǒng)的示意圖。
圖2是通過(guò)本發(fā)明方法制備的藻酸鹽微球體的粒度分布。
圖3是通過(guò)本發(fā)明方法制備的藻酸鹽微球體的圖像，其中所選擇的微球體的直徑已被確定。
本系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是超聲霧化器?？梢允褂每照{(diào)系統(tǒng)中用于空氣增濕的設(shè)備。一種適宜的霧化器是例如空氣增濕設(shè)備SCA 1000，由Stulz GmbH，D-22457漢堡制造。
優(yōu)選，散熱器盤管(4)與用于將待霧化溶液的溫度保持在預(yù)定范圍的裝置相連。待霧化溶液的優(yōu)選溫度范圍為15-50℃，特別是25-35℃。
優(yōu)選，將連接霧化室(2)和容器(9)的管道盡可能深地浸在膠凝溶液(10)的浴中，以允許含有可交聯(lián)聚合物的氣溶膠滴(13)與膠凝溶液中的二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)抗衡離子相互作用，形成交聯(lián)的微球體(14)。還優(yōu)選，浸沒(méi)在膠凝溶液中的管道的下部包含分配孔(12)。
如上所述，本發(fā)明的方法可以針對(duì)不同的可離子交聯(lián)的聚合物來(lái)進(jìn)行。
優(yōu)選的可交聯(lián)天然聚陰離子選自藻酸、角叉菜膠、硫酸纖維素、硫酸葡聚糖、結(jié)冷膠(gellan)、果膠及其水溶性鹽。最優(yōu)選的陰離子型多糖是藻酸或其水溶性鹽。特別優(yōu)選的可交聯(lián)天然聚陰離子是藻酸的Na+-、K+-、NH4+-和Mg2+-鹽以及結(jié)冷膠、角叉菜膠和硫酸纖維素的Na+-、K+-和NH4+-鹽。
優(yōu)選，待霧化的含有可交聯(lián)天然聚陰離子的液體(3)的濃度為0.1-5.0％重量，特別是0.75-1.5％重量。特別優(yōu)選的待霧化的液體含有0.75-1.5％重量的低粘度藻酸鈉。優(yōu)選的可交聯(lián)合成聚陰離子選自直鏈或支鏈聚丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸、聚苯乙烯磺酸鹽，聚磷腈類的聚陰離子及其共聚物和水溶性鹽。
優(yōu)選的可交聯(lián)天然聚陽(yáng)離子選自氨基官能化的多糖，例如殼聚糖、氨基-葡聚糖、多肽，例如魚精蛋白、及其水溶性鹽。
優(yōu)選的可交聯(lián)合成聚陽(yáng)離子選自聚烯丙胺，聚(乙烯亞胺)，聚(二烯丙基二甲基氯化銨)，聚酰胺-聚胺-表氯醇，(氨基-)葡聚糖，多肽及其水溶性鹽。
氣體物流可以通過(guò)加壓空氣產(chǎn)生。然而，其它氣體，特別是惰性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤?，也是非常合適的。氣體應(yīng)當(dāng)在使用前經(jīng)過(guò)純化。
膠凝溶液中含有凝膠形成用二價(jià)或多價(jià)陽(yáng)離子或陰離子、聚合型多價(jià)陽(yáng)離子或陰離子的鹽，例如聚陽(yáng)離子或聚陰離子的水溶性鹽，這取決于可交聯(lián)聚合物的性質(zhì)。
用于天然或合成聚陰離子的膠凝溶液中含有凝膠形成用二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)陽(yáng)離子的鹽，其濃度為0.1％重量至飽和溶液。含有凝膠形成用二價(jià)或多價(jià)陽(yáng)離子的鹽的濃度優(yōu)選為0.5-5％重量。凝膠形成用二價(jià)或多價(jià)陽(yáng)離子是例如Pb2+，Be2+，Ca2+，Ba2+，Sr2+，Zn2+Cu2+，Mn2+，Co2+，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，Al3+和Sn4+。
在通過(guò)本發(fā)明方法形成藻酸鹽微球體的情形中，優(yōu)選采用選自Ba2+、Sr2+和Ca2+的凝膠形成用陽(yáng)離子。用于交聯(lián)藻酸鹽的最優(yōu)選的陽(yáng)離子是Ca2+。
凝膠形成用聚合型多價(jià)陽(yáng)離子是例如聚(烯丙胺鹽酸鹽)，聚(乙烯亞胺)，聚(二烯丙基二甲基氯化銨)，聚酰胺-聚胺-表氯醇，殼聚糖，氨基-葡聚糖和硫酸魚精蛋白。
用于天然或合成聚陽(yáng)離子的膠凝溶液中含有凝膠形成用多價(jià)或聚合型多價(jià)陰離子的鹽，其濃度為0.1％重量至飽和溶液。
凝膠形成用多價(jià)陰離子是例如磷酸根、硫酸根、檸檬酸根、草酸根、硼酸根。凝膠形成用聚合型多價(jià)陰離子是例如聚(甲基)丙烯酸，聚苯乙烯磺酸鹽，葡聚糖硫酸鹽。
應(yīng)當(dāng)理解的是，膠凝溶液需要根據(jù)具體的可交聯(lián)聚合物的膠凝性能進(jìn)行調(diào)整。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何選擇適宜的二價(jià)或聚合型多價(jià)陽(yáng)離子或陰離子。
膠凝溶液優(yōu)選基本上是含水的，但可以含有最多25％重量、優(yōu)選0-10％重量的一種或多種助溶劑。適宜的助溶劑包括醇類，例如，乙醇，異丙醇，二醇和甘油；酯類，例如，乙酸乙酯；或酰胺類，例如，二甲基甲酰胺。
優(yōu)選，膠凝溶液中含有最多1.0％重量、特別是0.05-0.15％重量的表面活性劑。適宜的表面活性劑是例如聚氧乙烯-脫水山梨糖醇(例如，TWEEN_)，聚氧乙基化二醇單醚，或含有氧化乙烯和/或氧化丙烯的嵌段共聚物的表面活性劑(例如，poloxamers或poloxamines)。一種特別優(yōu)選的表面活性劑是聚(氧乙烯)20-脫水山梨糖醇單月桂酸酯(TWEEN_20)。
膠凝溶液中還可以含有聚電解質(zhì)，用于通過(guò)表面涂布穩(wěn)定交聯(lián)的微球體。
通過(guò)本發(fā)明所述方法制備的藻酸鹽微球體是具有低微米范圍的無(wú)需采用乳液方法生產(chǎn)的第一種微球體。因而，不必使用可能會(huì)干擾生物分子或活體細(xì)胞的油或非極性有機(jī)溶劑。因此，無(wú)需隨后冗長(zhǎng)的純化步驟來(lái)除去任何殘余的油或非極性有機(jī)溶劑。
小的藻酸鹽微球體可以添加至溶液中(例如果汁，藥用滴劑)而不會(huì)沉積。因此，可以制備捕集在藻酸鹽微球體內(nèi)的藥物的均相懸浮液。此外，如上所述，具有低于10μm平均直徑的微球體可以被細(xì)胞所吸收，從而允許藥物更有效地在細(xì)胞內(nèi)釋放。
除此之外，相比文獻(xiàn)中描述的其它方法，通過(guò)本發(fā)明方法生產(chǎn)的微球體的粒度分布非常窄并且可再現(xiàn)(通常約2-15μm，平均直徑約8μm)。
優(yōu)選，通過(guò)本方法生產(chǎn)的微球體的≥95％具有3-20μm的直徑。藻酸鹽微球體的這種窄粒度分布保證了藥物或生物分子更均勻填充和釋放。對(duì)于受控藥物釋放而言，具有恒定的釋放速率對(duì)于避免劑量過(guò)大或過(guò)低是非常重要的。為實(shí)現(xiàn)此，嚴(yán)格控制微球體的表面-體積比是必要的。表面-體積比由粒度分布所決定。因此，窄粒度分布可以導(dǎo)致可再現(xiàn)的表面-體積比并且最終導(dǎo)致受控的藥物釋放。
實(shí)施例制備藻酸鹽微球體將藻酸鈉(Sigma，來(lái)自褐色海藻macrocystis pyrifera(海藻)，低粘度)在超純水中的1％wt溶液裝填至根據(jù)圖1所示系統(tǒng)的霧化室(2)中。調(diào)節(jié)散熱器盤管(4)的溫度，以便保持霧化室中的溫度為25-30℃。將轉(zhuǎn)移管道(8)浸入超聲浴(35kHz)中，其中該超聲浴中裝填有1500ml膠凝溶液，其是5％重量的CaCl2和0.1％重量TWEEN 20(聚(氧乙烯)20-脫水山梨糖醇單月桂酸酯)于水中的溶液。調(diào)節(jié)加壓空氣，以便產(chǎn)生通過(guò)CaCl2浴的空氣泡的微小物流。然后，將超聲發(fā)生器開啟30分鐘。沉淀浴變渾濁，表明形成藻酸鹽球體。為除去非常大的顆粒(其由轉(zhuǎn)移管壁上的氣溶膠滴冷凝而形成)，將藻酸鹽-CaCl2混合物通過(guò)50μm濾布過(guò)濾。通過(guò)離心(10min，1000xg)和傾析上清液，將藻酸鹽微球體與CaCl2浴分離。藻酸鹽微球體的粒度經(jīng)顯微鏡成像測(cè)定為在5-10μm之間(參加圖3)。
用激光散射顆粒粒度分布分析儀(LA-910，來(lái)自Horiba，Ltd.Kyoto，日本)測(cè)定藻酸鹽微球體的粒度分布。使用1.35折光指數(shù)來(lái)分析該藻酸鹽微球體。超過(guò)90％的球體在5-13μm范圍內(nèi)，平均為8μm(圖2)。
權(quán)利要求
1.一種制備含有離子交聯(lián)的聚合物的微球體的方法，該方法包括(a)通過(guò)采用超聲霧化器，由含有可離子交聯(lián)的聚離子型聚合物的溶液(3)產(chǎn)生液體氣溶膠滴(13)，使其進(jìn)入連續(xù)氣體物流中；(b)將氣體物流轉(zhuǎn)移至含有二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)離子的膠凝溶液(10)中，從而形成交聯(lián)的聚合物微球體(14)；(c)將微球體從膠凝溶液中分離，和(d)非必需地，將微球體通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾。
2.權(quán)利要求1的方法，其中可離子交聯(lián)的聚合物是聚陰離子型聚合物，和其中膠凝溶液含有聚合型多價(jià)陽(yáng)離子。
3.權(quán)利要求2的方法，其中膠凝溶液中的聚合型多價(jià)陽(yáng)離子選自聚(烯丙胺鹽酸鹽)，聚(乙烯亞胺)，聚(二烯丙基二甲基氯化銨)，聚酰胺-聚胺-表氯醇，殼聚糖，氨基-葡聚糖和硫酸魚精蛋白。
4.權(quán)利要求1的方法，其中可離子交聯(lián)的聚合物是聚陰離子型聚合物，和其中膠凝溶液含有二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)陽(yáng)離子。
5.權(quán)利要求4的方法，其中聚陰離子型聚合物選自陰離子型多糖，直鏈或支鏈聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸鹽。
6.權(quán)利要求5的方法，其中陰離子型多糖選自藻酸，角叉菜膠，硫酸纖維素，硫酸葡聚糖，結(jié)冷膠，果膠及其水溶性鹽。
7.權(quán)利要求6的方法，其中陰離子型多糖是藻酸或其水溶性鹽。
8.權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)的方法，其中，在步驟(a)中，聚陰離子型聚合物的存在濃度為0.1-5.0％重量。
9.權(quán)利要求4-8任一項(xiàng)的方法，其中膠凝溶液中的離子是選自Pb2+，Cu2+，Ba2+，Sr2+，Cd2+，Ca2+，Zn2+，Co2+和Ni2+的金屬陽(yáng)離子。
10.權(quán)利要求9的方法，其中膠凝溶液中的金屬陽(yáng)離子選自Ba2+，Sr2+和Ca2+。
11.權(quán)利要求10的方法，其中膠凝溶液中的金屬陽(yáng)離子是Ca2+。
12.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其中膠凝溶液還含有最多1％重量的表面活性劑。
13.權(quán)利要求12的方法，其中表面活性劑的存在量為0.02-1.0％重量，優(yōu)選0.05-0.15％重量。
14.權(quán)利要求12或13的方法，其中表面活性劑選自聚氧乙烯-脫水山梨糖醇和含有氧化乙烯和/或氧化丙烯的嵌段共聚物的表面活性劑。
15.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的方法，其中將步驟(a)中的可離子交聯(lián)的聚離子型聚合物的溶液的溫度保持在15-50℃，優(yōu)選25-35℃。
16.權(quán)利要求4的方法，其中，步驟(a)中，溶液含有0.75-1.5％重量的低粘度藻酸鈉，其中陽(yáng)離子是Ca2+；和其中膠凝溶液含有0.05-0.15％重量的聚(氧乙烯)20-脫水山梨糖醇單月桂酸酯。
17.一種用于制備含有離子交聯(lián)的聚合物的微球體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)位于霧化室(2)內(nèi)的超聲發(fā)生器(1)，其中霧化室(2)中填充有含可離子交聯(lián)的聚合物的溶液(3)；(b)與霧化室相連的散熱器盤管(4)；(c)非必需地，用于使霧化室(2)內(nèi)的氣體-流體水平(5)保持在預(yù)定恒定水平的裝置(6)；(d)與霧化室(2)相連的氣體入口(7)；(e)用于膠凝溶液(9)的容器，其裝配有攪拌裝置(11)；和(f)與霧化室相連的轉(zhuǎn)移管道(8)，其將霧化室和容器相連，其中調(diào)整管道以便浸沒(méi)在膠凝溶液(10)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備含有離子交聯(lián)的聚合物的微球體的方法，該方法包括(a)通過(guò)采用超聲霧化器，由含有可離子交聯(lián)的聚離子型聚合物的溶液(3)產(chǎn)生液體氣溶膠滴(13)，使其進(jìn)入連續(xù)氣體物流中；(b)將氣體物流轉(zhuǎn)移至含有二價(jià)、多價(jià)或聚合型多價(jià)離子的膠凝溶液(10)中，從而形成交聯(lián)的聚合物微球體(14)；(c)將微球體從膠凝溶液中分離，和(d)非必需地，將微球體通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾。
文檔編號(hào)H01M4/02GK1933903SQ200580008977
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者S·卡默邁爾, T·默克爾, K·施密德, A·米勒 申請(qǐng)人:視覺(jué)股份公司